Круглов Г.А. Гусева О.А. Волкова О.С. Теплотехника ЮУрГАУ 2017

19.2 Цикл идеального компрессора

Воздух в компрессоре сжимается от давления р₁ до давления р₂ (при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии).

Таблица 1 — Исходные данные для расчета компрессора

№ п/п в журнале	р₁, МПа	р₂, МПа	n	Т₁, К	М, кг
1	0,10	0,30	1,20	285	2,0

1. Рассчитать:

1.1. Параметры в начале сжатия: удельный объем υ₁, м³/кг, и объем V₁, м³, для М, кг воздуха;

1.2. Параметры в конце сжатия: удельный объем υ₂, м³/кг, и объем V₂, м³, для М, кг воздуха; температуру Т₂, К (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);

1.3. Для привода компрессора: удельную работу l, Дж/кг, и работу L, Дж, для М, кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);

1.4. Изменение удельной энтропии Δs, Дж/(кг·К) и энтропии ΔS, Дж/К для М, кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);

2. Рассчитанный цикл вычертить в рυ и Ts координатах (в масштабе).

3. Вычертить индикаторную диаграмму идеального и реального одноступенчатого компрессора в рυ — координатах (б/м).

4. Ответить на контрольные вопросы:

4.1. Назначение компрессора?

4.2 Какие допущения делаются при изучении идеального компрессора, отличающие его от реального компрессора?

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32.

Методические указания.pdf

16.68 Идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с комбинированным подводом теплоты

Цикл осуществляется одним кг воздуха, как идеальным газом,

где R – газовая постоянная R = 287 Дж/(кг·К);

с_р — удельная теплоемкость при постоянном давлении, ср =1009 Дж/(кг·К);

с_υ — удельная теплоемкость при постоянном объеме, ср =721 Дж/(кг·К);

ε — степень сжатия ε = υ₁/υ₂;

λ — степень повышения давления λ = р₃/р₂;

ρ — степень предварительного расширения ρ = υ₄/υ₃.

Исходные данные принять по таблице 1

Таблица 1 — Исходные данные для расчета цикла ДВС

№ п/п в журнале	р₁, МПа	Т₁, К	ε	λ	ρ
1	0,08	300	14	2,5	1,2

Задание

1 Определить вид идеального цикла ДВС.

2 Рассчитать цикл.

2.1 Определить неизвестные параметры в узловых точках цикла.

2.2. Определить изменение удельной энтропии Δs, кДж/(кг·К).

2.3. Определить удельную работу сжатия, расширения и полезную работу цикла.

2.4. Определить удельное тепло подведенное, отведенное и полезное в цикле.

2.5. Определить термический КПД цикла.

2.6. Определить среднее интегральное давление.

3 Изобразить цикл в рυ и Ts координатах по данным расчета, обозначить узловые точки цикла (в масштабе).

4 Изобразить индикаторную диаграмму в pV координатах (б/м).

5 Ответить на контрольные вопросы:

5.1 Назовите виды поршневых ДВС.

5.2 Какие допущения принимаются при анализе идеальных термодинамических циклов ДВС?

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34.

17.24 Идеальный цикл газотурбинной установки (ГТУ)

Цикл осуществляется одним кг воздуха, как идеальным газом с подводом теплоты при постоянном давлении, где удельная теплоемкость при постоянном давлении, с_р = 1008 Дж/(кг·К).

Таблица 1 — Исходные данные

№ п/п в журнале	Т₁, К	Т₂, К	Т₃, К	Т₄, К
1	300	600	1200	600

Задание

1. Вычертить принципиальную схему ГТУ, работающей по этому циклу, с указанием позиций всех элементов схемы.

2. Вычертить цикл в координатах рυ и Ts (без масштаба) с указанием процессов, из которых он состоит.

3. Рассчитать:

Удельное количество подведенной теплоты, q₁, Дж/кг.

Удельное количество отведенной теплоты, q₂, Дж/кг.

Удельное количество использованной теплоты в цикле, q₀, Дж/кг.

3.4 Термический КПД цикла η_t.

4. Ответить на контрольные вопросы:

4.1 Что такое газотурбинная установка?

4.2 Виды газотурбинных установок и их принципы работы?

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34.

Методические указания.pdf

18.3 Паросиловая установка по циклу Ренкина

Таблица 1 — Исходные данные

№ п/п в журнале	р₁, МПа	Т₁, ºС	р’₁, МПа	Т’₁, ºС	р₂, кПа
1	1,3	250	2,5	500	4

1 Вычертить принципиальную тепловую схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Обозначить позициями и записать наименование основных ее элементов.

2 Вычертить без масштаба цикл Ренкина в р-υ и T-s координатах. Обозначить узловые точки и процессы цикла.

3 Рассчитать для двух вариантов (исходные данные — таблица 1):

3.1 термический КПД цикла Ренкина η_t;

3.2 удельный расход пара d₀, кг/(кВт·ч), на выработку 1 кВт·ч энергии;

3.3 удельный расход пара d₀, кг/МДж, для совершения 1 МДж работы.

4 Дать алгоритм нахождения в s-i (s-h) диаграмме водяного пара рассчитываемый процесс расширения пара в паровой турбине (для 2-х вариантов).

5 На основании расчета сделать вывод о влиянии повышения начальных параметров пара на термический КПД цикла и выработку количества пара.

6 Ответить на контрольные вопросы:

что такое сухость пара;
в какой области р-υ диаграммы пар находится в состоянии влажного, сухого насыщенного и перегретого пара?

s-h диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf

21.60 Цикл воздушно-компрессорной холодильной установки

Исходные параметры воздуха установки принять по таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета цикла

№ п/п в журнале	р₁, МПа	р₂, МПа	t₁, ºС	t₃, ºС	Q₂, кВт
1	0,1	0,4	-10	17	100

1 Вычертить принципиальную схему воздушно-компрессорной установки, обозначить позициями ее основные элементы и записать их наименование.

2 Рассчитать идеальной цикл воздушно-компрессорной холодильной установки.

1 Определить неизвестные параметры в узловых точках цикла.

2.2 Определить изменение удельной энтропии Δs, кДж/(кг·К).

2.3 Определить удельную тепловую мощность теплообменника 3 q₁, кДж/кг.

2.4 Определить удельную производительность холода холодильной камеры q₂, кДж/кг.

2.5 Определить расход воздуха М, кг/c.

2.6 Определить удельную теоретическую потребляемую мощность (теплоту цикла) q₀ ( кДж/кг) и полную мощность Q₀ (кВт).

2.7 Определить холодильный коэффициент ε.

3 Вычертить цикл установки в р-υ и T-s — координатах по данным расчета, обозначить узловые точки цикла.

4 Ответить на контрольные вопросы:

- что такое холодильный коэффициент?
- за счет чего работают компрессорные холодильные установки?
- чем определяется работа, затраченная на осуществление цикла в данной холодильной установке?

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf

27.17 Рекуперативный теплообменный аппарат типа «Труба в трубе»

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант	t’₁, ºC	t’₂, ºC	t»₁, ºC	t»₂, ºC	М₁, кг/c
1	400	165	5	80	1,5

Конец таблицы 1

М₂, кг/c	α₁·10^-1, Вт/(м²·К)	α₂·10^-2, Вт/(м²·К)	Расположение труб	Материал
—	42	26	Г	С

Греющий теплоноситель — дымовые газы, которые движутся в межтрубном пространстве.

Нагреваемый теплоноситель — вода, которая движется по внутренней трубе. Теплообменник выполнен из металлических труб.

Параметры:

tʹ₁ — начальная температура греющего теплоносителя, ºС;
tʹ₂ — конечная температура греющего теплоносителя, ºС;
tʺ₁ — начальная температура нагреваемого теплоносителя, ºС;
tʺ₂ — конечная температура нагреваемого теплоносителя, ºС;
М₁ — расход греющего теплоносителя, кг/с;
М₂ — расход нагреваемого теплоносителя, кг/с;
α₁— коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к поверхности внутренней трубы, Вт/(м²·К);
α₂ — коэффициент теплоотдачи от поверхности внутренней трубы к нагреваемому теплоносителю, Вт/(м²·К);
d₁, d₂ — внутренний и наружный диаметр внутренней трубы, м,

d₁ = 33·10^—³, d₂ = 38·10^—³,

δ — толщина стенки труб, м, δ = 10^-3(38 — 33)/2 = 2,5 = 0,0025

материал труб: сталь -С; латунь -Л;
расположение труб: горизонтальное -Г; вертикальное -В;
λ — коэффициент теплопроводности материала стенки труб, Вт/(м·К), сталь — 50; латунь — 100.

Задание

Определить (для прямоточной и противоточной схемы движения теплоносителей):

1.1) тепловую мощность Q, Вт, передаваемую от греющего теплоносителя к нагреваемому теплоносителю;

1.2) неизвестный расход М, кг/c, одного из теплоносителей;

1.3) средний температурный напор Δt_ср;

1.4) коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²·К);

1.5) площадь поверхности нагрева F, м².

Вычертить по результатам расчета графики изменения температуры теплоносителей при прямоточной и противоточной схеме движения теплоносителей и принципиальную схему теплообменника.
Выводы.
Ответить на контрольные вопросы:

какое устройство называется теплообменным аппаратом?
какие типы теплообменных аппаратов вы знаете?
схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах?
какие уравнения положены в основу теплового расчета теплообменников?
какие процессы передачи теплоты происходят в рекуперативном теплообменнике «труба в трубе»?
в каком случае можно рассчитывать коэффициент теплопередачи по формулам плоской пластины?

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf

20.19 Обработка воздуха в приточной камере осуществляется с частичной рециркуляцией. в камере процесс смешения воздуха может осуществляться 2-мя способами.

1-ый способ: наружный воздух смешивается с внутренним воздухом, забираемым из помещения подогревается в калорифере и подается в помещение с температурой t_пр, ºС.

2-ой способ: если точка смеси лежит в области ниже φ=100%, тогда наружный воздух предварительно подогревается в калорифере 1-ой ступени до температуры t_пр, ºС, смешивается с внутренним воздухом, догревается в калорифере 2-ой ступени и подается в помещение с температурой t_пр, ºС.

Исходные данные (таблица 1) и другие данные:

— массовый расход наружного воздуха G_н, кг/c; его температура t_н, ºС и влагосодержание d_н=0,1 г/кг;

— массовый расход внутреннего воздуха G_в, кг/c; его температура t_в, ºС и относительная влажность φ_в, %.

Определить (с использованием h-d — диаграммы)

1 Точку внутреннего воздуха и все ее параметры: t_в, ºС; φ_в, %; d_в, г/кг; h_в, кДж/кг; t_р, ºС; р_п, Па; t_м, ºС.

2 Точку наружного воздуха и ее удельную энтальпию h_н, кДж/кг;

3 Точку смеси и все параметры смеси: t_см, ºС; φ_см, %; d_см, г/кг; h_см, кДж/кг; t_р, ºС; р_п, Па; t_м, ºС.

4 Точки приточного воздуха и ее параметры: t_пр, ºС; φ_пр, %; d_пр, г/кг; h_пр, кДж/кг; t_р, ºС; р_п, Па; t_м, ºС.

5 Количество теплоты на подогрев воздуха, Вт:

в прямоточной приточной камере Q_прям;

при смешении воздуха:

— при 1-м способе смешения: Q_см от t_см до t_пр;

— при 2-м способе смешения:

— в 1-й ступени подогрева Q₁ от t₁ до t′₁;

— 2-й ступени подогрева Q₂ от t_см до t_пр; ∑Q=Q₁+Q_п.

6 Определить экономию расхода теплоты за счет применения смешения воздуха, %.

7 Минимальную температуру внутренней поверхности наружного ограждения для внутреннего воздуха (t₂) с целью не допущения образования на ней конденсата.

8 Ответить на контрольные вопросы:

— что такое влажный воздух?

— характеристики влажности воздуха?

— что можно определить по h-d — диаграмме?

— что такое температура точки росы?

— что такое температура мокрого термометра?

Таблица 1 – Исходные данные

№	G_н, кг/с	t_н, °С	G_в, кг/с	t_в, °С	φ_в, %	t_пр, °С
1	2,1	– 23	0,7	22	60	20

h-d — диаграмма влажного воздуха с рассчитанными процессами прилагается к задаче

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

Методические указания.pdf

13.165 Водяной пар

Водяной пар с начальным давлением р₁, бар, и степенью сухости х₁ расширяется до давления р₂, бар, по: а) адиабате; б) изотерме.

Определить параметры: v, м³/кг; T, К; i, кДж/кг; s, кДж/(кг·К); u , кДж/кг, состояний в точках 1 и 2, а также изменение удельной внутренней энергии Δu, кДж/кг, удельную работу l, кДж/кг, и удельную теплоту процессов q, кДж/кг. Изобразить процессы на диаграммах в рv- и Ts- и is-координатах.

Таблица 1 — Исходные данные